發(fā)布時間：2022-01-21 22:13

　　飛秒激光直寫技術相比于傳統(tǒng)加工方式以及其他先進的微納米加工手段在可控微納米結(jié)構(gòu)加工方面具有一定的優(yōu)勢,如無需掩模、適合任意材料、熱效應小等,因此被用來制備多樣化的仿生微納米結(jié)構(gòu)表面,開發(fā)各種領域的應用,如自清潔、油水分離、水霧收集等。分析了利用飛秒激光在不同材料上制備多樣微納米結(jié)構(gòu)的形成機理和設計思路,總結(jié)了國內(nèi)外有關通過飛秒激光制備仿生微納米表面的最新研究進展,并從表面潤濕性的相關概念及理論模型、飛秒激光可控制備多樣微納米結(jié)構(gòu)以及相關工業(yè)生活應用等方面進行了探索研究。最后分析了目前飛秒激光加工技術在微納米制造領域存在的困難和挑戰(zhàn),并對未來其在相關領域的發(fā)展進行了展望。 

【文章來源】：激光與光電子學進展. 2020,57(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：22 頁

【部分圖文】：

利用飛秒激光誘導表面條紋結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)潤濕性調(diào)控。（a)(b）通過調(diào)控激光偏振方向改變條紋方向并調(diào)控表面潤濕性[65];(c)～(f）不銹鋼網(wǎng)上掃描獲得周期條紋結(jié)構(gòu)[66];(g)～(j）加工表面獲得超親水性和水下超疏油性

通過液體輔助飛秒激光加工是另一種常用的加工微納米復合結(jié)構(gòu)的策略，在液體環(huán)境中的激光燒蝕與在空氣中的最大區(qū)別在于液體極大地限制了等離子體羽流的運動，激光燒蝕固體表面的等離子羽流的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化等都是在液體的束縛中進行的[72]。另外研究者發(fā)現(xiàn)液體環(huán)境中的飛秒激光加工會在固液表面產(chǎn)生氣泡，氣泡的蒸發(fā)、離解會帶走熱能，使表面迅速冷卻，被燒蝕熔化的區(qū)域會向冷卻區(qū)流動，產(chǎn)生變形，從而引起一種毛細力波，在多個激光脈沖下，波紋結(jié)構(gòu)相互疊加，再通過激光輔助形成較為尖銳的陣列結(jié)構(gòu)[73]。Li等[74]通過蔗糖和酒精溶液輔助飛秒激光在硅片上進行來回掃描加工[圖4(a）]。如圖4(b)～(d）所示，激光在空氣中加工的結(jié)構(gòu)主要為納米顆粒包覆的雜云結(jié)構(gòu)，尺寸相對較為隨機。而激光在酒精中加工硅表面誘導出納米顆粒隨機覆蓋的微錐陣列結(jié)構(gòu)，在蔗糖溶液中誘導出類似臼齒的微齒陣列結(jié)構(gòu)。3.3 各向異性結(jié)構(gòu)

通過飛秒激光的單向掃描策略[81-83]可以簡捷快速地制備仿水稻葉或者蘆葦葉面的溝槽結(jié)構(gòu)。Long等[84]模仿水稻葉以及蘆葦葉溝槽結(jié)構(gòu)，通過飛秒激光加工技術并采用分組等距掃描策略，實現(xiàn)了銅片表面寬溝槽結(jié)構(gòu)的制備，并根據(jù)掃描間距、掃描次數(shù)以及激光脈沖能量分別調(diào)控溝槽結(jié)構(gòu)的寬度（100～400μm）、高度（20～40μm）和粗糙度，實現(xiàn)可控加工。通過潤濕性對比，證明了當固體表面上的液滴處于部分潤濕狀態(tài)，才會產(chǎn)生額外的垂直方向的黏滯阻力，實現(xiàn)較大的各向異性。另外納米結(jié)構(gòu)的引入會增加表面的疏水性，降低滾動的各向異性。圖5 自然界中各向異性結(jié)構(gòu)的生物體表面。（a)(b）水稻葉表面微觀結(jié)構(gòu)[76];(c)(d）蘆葦葉表面微觀結(jié)構(gòu)[75];(e)(f）蝴蝶翅膀表面鱗片結(jié)構(gòu)[7];(g)(h）豬籠草表面微腔結(jié)構(gòu)[77]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]飛秒激光誘導仿生超疏水材料表面的研究進展[J]. 張徑舟,陳烽,雍佳樂,楊青,侯洵.  激光與光電子學進展. 2018(11)
[2]飛秒激光在鎢表面制備二維周期復合結(jié)構(gòu)的研究[J]. 喬紅貞,王飛,張楠,楊建軍.  中國激光. 2017(01)
[3]飛秒激光超精細“冷”加工技術及其應用（續(xù)）[J]. 楊建軍.  激光與光電子學進展. 2004(04)



本文編號：3601050